(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出媒体である輝尽性蛍光体としてＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+、ＢａＦＩ：Ｅｕ2+、あるいはＢａＦＣｌ：Ｅｕ2+のうち、１つあるいは２つ以上用いたイメージングプレートと、
６３０−６４０ｎｍの波長の赤色励起光源及び５３０−５３５ｎｍの波長の緑色励起光源と、
前記赤色励起光源からの赤色光及び前記緑色励起光源からの緑色光を前記イメージングプレートに照射し走査するためのポリゴンミラーと、
前記イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すため、前記赤色励起光源からの赤色光により励起された前記イメージングプレートから発せられる蛍光及び前記緑色励起光源からの緑色光により励起された前記イメージングプレートから発せられる蛍光を各々検出する検出手段と、
を備え、
先に前記赤色励起光源からの赤色光が前記イメージングプレートに照射され、その後、前記緑色励起光源からの緑色光が前記イメージングプレートに照射されるように、前記赤色励起光源、前記緑色励起光源及び前記ポリゴンミラーの各位置が調整され、あるいは、前記赤色励起光源及び前記緑色励起光源が赤色・緑色切り替え機構を用いて切り替え制御されることを特長とする、２次元放射線イメージ検出器。
【請求項２】
前記赤色励起光源からの赤色光及び前記緑色励起光源からの緑色光は、長方形状に成形された励起光であり、
前記イメージングプレートから発せられる蛍光を波長シフトして前記検出手段に送るため、前記長方形状の励起光に直角に配置された、面状に並べた構造の波長シフトファイバ束と、
前記イメージングプレートを９０度回転させる回転機構と、
６３０−６４０ｎｍの波長の長方形状の励起光を用いて前記イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出した後、前記回転機構を用いて前記イメージングプレートを９０度回転した後、５３０−５３５ｎｍの波長の長方形状の励起光を用いてイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すように、前記赤色励起光源、前記緑色励起光源、前記検出手段、前記赤色・緑色切り替え機構、及び、前記回転機構を制御する制御回路と、
をさらに備えることを特長とした、請求項１に記載の２次元放射線イメージ検出器。
【請求項３】
上記請求項１乃至請求項２のいずれかにおいて、前記イメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とＧｄを含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした２次元中性子イメージ検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出体としてシンチレータあるいは蛍光体を用いて２次元放射線あるいは２次元中性子イメージを得る検出器とイメージングプレートを用いて２次元放射線あるいは２次元中性子イメージを得る高位置分解能イメージ検出器に関するものである。最終的には、積分型検出器であるイメージプレートと微分型検出器である蛍光体あるいはシンチレータを用いたイメージング検出器とを組み合わせたハイブリッド型イメージ検出器を構成することにより、放射線あるいは中性子が高い入射率で入った場合でも検出器を飽和することなく、効率良くかつ高位置分解能で２次元放射線あるいは２次元中性子イメージを高速に取得できることを特長としている。
【０００２】
特に、イメージングプレートと中性子コンバータと組み合わせた２次元中性子イメージングも可能としているため、大強度陽子加速器を用いて発生するパルス中性子を用い飛行時間法（ＴＯＦ）を適用した中性子散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展に寄与することが大きい。中性子源として原子炉を用いた同種の研究にも利用できる。また、大強度放射光を用いたＸ線散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展にも寄与することが大きい。
【０００３】
一方、Ｘ線発生装置や加速器を用いた医療Ｘ線診断、Ｘ線あるいは中性子を用いたオートラジオグラフィなどに使用される。さらに、加速器を用いた高エネルギー物理研究用の放射線イメージ検出器やラジオグラフィ等の高速処理及び実時間放射線イメージ検出を用いた動的な事象の把握に使用可能であるとともに原子炉や核融合炉における中性子を含めた放射線の高機能な分布モニタ装置などにも使用される。
【背景技術】
【０００４】
従来、Ｘ線管を用いたＸ線源あるいは原子炉を用いた中性子源などを用いたＸ線あるいは中性子散乱実験に使用される高位置分解能を有する放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器としては、蛍光体あるいはシンチレータ及びこれらと中性子コンバータを組み合わせた放射線及び中性子イメージ検出器が使用されてきた［Nucl. Instr. and Meth., A430(1999)311-320、特願平10-366679、特願2000-259443］。図３９に示すように蛍光体シートあるいシンチレータ板の上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得している。この方法では、放射線あるいは中性子が入射し蛍光が放出された際、その蛍光が入射点に近い何本かの波長シフトファイバに入射するため、各波長シフトファイバの蛍光強度の差を利用して、最も近い波長シフトファイバを決定する方法などを用いて位置分解能を確保してきた。従って、これらの方法では蛍光強度の差を求めるための回路が複雑になり、かつ高計数率に対応することは困難であった。
【０００５】
高計数率に対応する方法としては、図４０に示すように波長シフトファイバの間に金属ワイヤを配置し、最初から位置分解能を犠牲にして形で入射位置を決定する方法などが用いられてきた［J. Neutron Research, Vol. 4(1996)123-127］。また、蛍光体に中性子コンバータとして6ＬｉＦを混合し、図３９と同様な方法によって中性子イメージを取得している。
【０００６】
また、積分型の高位置分解能イメージ検出器として、放射線検出媒体として輝尽性蛍光体を用いたイメージングプレートあるいは中性子用イメージングプレートが使用されてきた［Nucl. Instr. and Meth.   A349(1994)521-525］。現在、富士フィルムから市販されているイメージングプレートはＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を主とした構成の輝尽性蛍光体が使用されている。また、中性子用イメージングプレートとしては、図４１に示すような輝尽性蛍光体であるＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+にＧｄ2Ｏ3を混合した材料を用い同じく富士フィルムからＢＡＳ  ＮＤとして市販されている［Nucl. Instr. and Meth.   A377(1996)119-122］。中性子コンバータとして6Ｌｉを含んだ材料、たとば6ＬｉＦなどを用いた中性子用イメージングプレートも試作されている［Nucl. Instr. and Meth.，A349(1994)521-525］。
【０００７】
これらのイメージングプレートの読み取り装置は、一般には図４２に示すような装置により以下のように動作して読み取りを行う。放射線を照射したイメージングプレートは搬送用ベルトに装着した後、移動しながら、励起用光源から発生した励起光を細く絞りガルバノミラーにより反射させイメージングプレートの面上を走査する。通常、励起光としてはレーザー光を用いている。励起光の照射により発生した輝尽性蛍光は、光ファイバ等を束ねた集光用ガイドにより導かれ、輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、光電子増倍管で検出される。その後、信号処理装置によりその強度に応じてデジタル信号化し、放射線イメージとして構成することによりイメージングプレート内に２次元的に記録された放射線イメージを読み出している［Nucl. Instr. and Meth., A246, p572-578(1986), 現代科学、No.223,p29-36(1989)］。
【０００８】
また、イメージングプレートの搬送方法として、イメージングプレートをドラムに巻き付けて回転させ移動する方法も使用されている［Nucl. Instr. and Meth., A310, p366-368(1991), 放射線,Vol.23, No.2, p43-51(1995)］。
【０００９】
しかし、イメージングプレートは積分型の検出器であること、イメージングプレート内に蓄積された放射線量を読み取るには上記で説明したように読み取り装置を必要とし、オフラインで使用されるため、実時間での実験には使用不可能であった。このため、イメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法が考案された［特開2000-162724］。
【００１０】
本読み取り法においては、図４３に示すように励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、長方形状の励起光を用いて、イメージングプレートの縦方向に移動させてイメージングプレートを走査する。イメージングプレートの後面から放出される輝尽性蛍光は、イメージングプレートの後面に配置した輝尽性蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、長方形状の励起光に直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導かれ、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光が波長シフトされる。波長シフトした蛍光を励起光の走査と同期して並列にマルチチャネル光検出器で検出することによりイメージングプレート内に記録された放射線イメージを読み取ることができる。
【００１１】
マルチチャンネル検出器としては、光電子増倍管を多数個並べる方式が一般的な検出器であるが、その後の増幅器および信号処理回路を考慮すると大規模な光検出システムとなってしまう。
【００１２】
このため、図４４に示すようにレンズなどの光学系を通した後、ストリーク管の横軸に入射し、時間により掃引するストリーク管の縦軸をイメージングプレートの縦方向の読み出し位置に対応して掃引させることによって、ストリーク管の蛍光面に得られるストリーク像を、ＣＣＤ素子で検出し蓄積し、蓄積された信号を信号処理装置により読み出しデジタル化し放射線イメージとして構成することによりイメージングプレート内に２次元的に記録された放射線イメージを読み出すストリークカメラ方式が考案された［特開2000-162724］。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
放射光を用いた大強度Ｘ線あるいは大強度陽子加速器を用いた大強度パルス中性子源が最近使用されるようになり、Ｘ線の強度およびエネルギーが上がるにつれ、またパルス中性子の強度および発生する中性子エネルギー範囲が広がるにつれ、高位置分解能を維持したまま高計数率に対応し、検出器を飽和させることなく、かつ簡便に２次元Ｘ線あるいは２次元中性子イメージを読み出すことが可能な放射線および中性子イメージ検出器の開発が不可欠である。
【００１４】
それに加えて、パルス中性子の場合、エネルギー弁別を行いながらイメージングを行うには通常飛行時間（ＴＯＦ）法が用いられるため、幅広い中性子エネルギー範囲にわたって中性子イメージを検出する必要がある。
【００１５】
さらに、中性子イメージングを行う際には、蛍光体及び中性子コンバータ自身の蛍光に対する透過度の問題があるため中性子検出媒体の厚さをできるだけ薄くする必要があり、中性子に対して捕獲断面積が大きくかつ透過度の良い中性子コンバータが要求されている。
【００１６】
また、中性子イメージングを行う際には中性子検出媒体自身が発生するガンマ線あるいは周囲から来るガンマ線がバックグラウンドとなるため、中性子／ガンマ線比をできるだけ低減することが要求される。また、その他の電気的雑音も低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の２次元放射線イメージ検出器は、検出媒体である輝尽性蛍光体としてＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+、ＢａＦＩ：Ｅｕ2+、あるいはＢａＦＣｌ：Ｅｕ2+のうち、１つあるいは２つ以上用いたイメージングプレートにおいて、記録された放射線の量を読み出す励起光源として、６３０−６４０ｎｍの波長の励起光源と、５３０−５３５ｎｍの波長の励起光源を用い、６３０−６４０ｎｍの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後５３０―５３５ｎｍの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出すことを特長として構成したものである。
赤色長方形励光源と緑色長方形励光源を切り替えてイメージングプレートに記録された放射線イメージを読み出し、後に赤色励起光と緑色励起光を用いて読み出した放射線イメージを加え合わせることにより、各ピクセルから放出される輝尽性蛍光の量は約１．８倍となり、イメージングプレートの放射線検出感度を上ることができる。また、赤色励起光と緑色励起光の励起光波長が異なっていることを利用した放射線の種類の弁別などにも利用できる。
【００１８】
好ましくは、上記２次元放射線イメージ検出器において、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置に適用する場合に、６３０−６４０ｎｍの波長の長方形状の励起光を用いてイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出した後、イメージングプレートを９０度回転した後、５３０−５３５ｎｍの波長の長方形状の励起光を用いてイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す。
前記した長方形状の励起光で走査する軸の位置分解能が長方形励起光の太ささに依存し０．０５ｍｍ程度の位置分解能となることを利用して、赤色励起光と緑色励起光を用いて読み出した放射線イメージを解析・合成することにより、横軸と縦軸方向について位置分解能を更に向上させることができる。
【００１９】
本発明の放射線検出器は、検出媒体である輝尽性蛍光体としてＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+、ＢａＦＩ：Ｅｕ2+、あるいはＢａＦＣｌ：Ｅｕ2+のうち、１つあるいは２つ以上用いたイメージングプレートにおいて、記録された放射線の量を読み出す励起光源として、６３０−６４０ｎｍの波長の励起光源と、５３０―５３５ｎｍの波長の励起光源を用い、６３０−６４０ｎｍの波長の励起光をあらかじめ決められた時間間隔でイメージングプレートに照射し、その時間間隔の間に蓄積された放射線あるいは中性子の量を読み出すとともに、異なった時間間隔で５３０−５３５ｎｍの波長の励起光を照射し蓄積された放射線の量を読み出すことを特長として構成したものである。
時間とともに変化する放射線の量は赤色モードで検出し、その間積算された放射線量を緑色モードで検出することにより、放射線量の時間分布を監視しながら、それまでにその間蓄積された放射能量を感度良く、かつ確実に取得することができる。また、赤色励起モードと緑色励起モードの両方が使用できるため、非常に高強度の放射線が入射し赤色モードで輝尽性蛍光を検出した際、蛍光強度が強く検出回路が飽和し、正確な入射放射線量が測定できなかった場合でも、緑色励起光の励起光強度を非常に弱くして緑色励起モードで蓄積された放射線量を正確に計測することが可能である。
【００２０】
上記本発明の各態様において、前記イメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とＧｄ、6Ｌｉあるいは10Ｂ元素を１つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はＧｄ、6Ｌｉあるいは10Ｂ元素を１つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることにより、上記装置を２次元中性子イメージ検出器として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】中性子イメージングシートと波長シフトファイバを用いた２次元中性子イメージ検出体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する２次元中性子イメージ検出器を示すずである。
【図２】位置検出に２本の波長シフトファイバをまとめて１つの検出用ファイバとした２次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図３】２次元中性子イメージ検出器の冷中性子を用いた位置分解能確認試験の概要図を示す図である。
【図４】２次元中性子イメージ検出器の冷中性子を用いた位置分解能確認試験の試験結果を示す図である。
【図５】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に透明シートを入れた２次元中性子イメージ体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する２次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図６】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間にフィルム状減光フィルタを入れた２次元中性子イメージ検出体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する２次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図７】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に光コリメータを入れた２次元中性子イメージ検出体に同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する２次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図８】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に光コリメータを入れて、中性子入射位置を決定する２次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図９】中性子イメージングシートの上面に波長シフトファイバを並列に配置し、１本ごと交互にそれぞれまとめた波長シフトファイバ束を用いて２信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器の参考技術を示す図である。
【図１０】中性子イメージングシート検出器を用いた１次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図１１】中性子イメージングシートの上面に波長シフトファイバを並列に配置し、１本ごと交互にそれぞれまとめた波長シフトファイバ束を用いて４信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図１２】中性子イメージングシートの上面と下面に波長シフトファイバを並列に１本ごと交互にそれぞれまとめて配置し、２信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図１３】中性子イメージングシートの上面と下面に波長シフトファイバを並列に１本ごと交互にそれぞれまとめて配置し、４信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図１４】ポリゴンミラーと面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子を用いて、イメージングプレートに記録された放射線の２次元イメージを読み出すことを特長とした２次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図１５】励起光源用と蛍光検出用の２つの同期して回転するポリゴンミラーを用いて、イメージングプレートに記録された放射線の２次元イメージを読み出すことを特長とした２次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図１６】励起光源用と蛍光検出用の２つの同期して回転するポリゴンミラーの１つの面おきにポリゴンミラーの面を光を反射できない面とし、時間間隔をあけて面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子で蛍光を検出し、イメージングプレートに記録された放射線の２次元イメージを読み出すことを特長とした２次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図１７】２つの面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子を用いて、イメージングプレートに記録された２次元放射線イメージを交互に読み出し、２次元イメージを連続的に読み出すことを特長とした２次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図１８】ＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子の前にイメージインテンシファイアを配置することを特長とした２次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図１９】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、６３５ｎｍの波長の励起光を最初に、５３２ｎｍの波長の励起を後に照射した場合と５３２ｎｍの波長の励起光を最初に、６３５ｎｍの波長の励起光を後に照射した場合の輝尽性蛍光の測定実験結果を示す図である。
【図２０】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、６３５ｎｍの波長の励起光を最初に、時間間隔を変えて５３２ｎｍの波長の励起光を後に照射した場合の輝尽性蛍光の測定実験結果を示す図である。
【図２１】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、６３５ｎｍの波長の励起光を最初に、５３２ｎｍの波長の励起光を直後に照射し、イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことを特長とする２次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図２２】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、６３５ｎｍの波長の励起光で最初にスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出し、次に５３２ｎｍの波長の励起光でスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出すことを特長とする２次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図２３】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、６３５ｎｍの波長の励起光で最初にスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出した後、イメージングプレートを９０度回転して後、次に６３５ｎｍの波長の励起光でスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出すことを特長した２次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図２４】ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いたイメージングプレートに、６３５ｎｍの波長の励起光と５３２ｎｍの波長の励起光をあらかじめ決められたタイミングで照射し記録された放射線の量を連続的に読み出すことを特長とする放射線検出器を示す図である。
【図２５】６３５ｎｍの波長の励起光を最初に、５３２ｎｍの波長の励起光を後に照射し、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す場合の各励起と輝尽性蛍光の読み出しのタイミングを示す図である。
【図２６】ポリゴンミラーと面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子を用いて中性子用イメージングプレートに記録された放射線の２次元イメージを得ることを特長とした２次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図２７】輝尽性蛍光体を構成する元素として10Ｂ元素を含んだ輝尽性蛍光体とＧｄを含む材料を中性子コンバータとして混合して一様な厚さを持った構造とした中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図２８】輝尽性蛍光体を一様に塗布する基板として、輝尽性蛍光の波長を中心波長とするフィルム状バンドパス光学フィルタを用いたイメージングプレートを示す図である。
【図２９】輝尽性蛍光体ＳｒＢＰＯ5とフィルム状バンドパス光学フィルタの輝尽性蛍光特性とバンドパス特性を示す図である。
【図３０】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+と中性子コンバータであるＬｉＢ3Ｏ5あるいはＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図３１】中性子コンバータであるＬｉＢ3Ｏ5あるいはＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）の波長２００ｎｍから７００ｎｍまでの透過率特性を示す図である。
【図３２】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+と中性子コンバータであるＬｉ10Ｂ3Ｏ5あるいはＬｉ10Ｂ4Ｏ7（ＬＢＯ）を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図３３】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+と中性子コンバータである6ＬｉＢ3Ｏ5あるいは6ＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図３４】輝尽性蛍光体ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+と中性子コンバータである7ＬｉＢ3Ｏ5あるいは7ＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図３５】イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、蛍光体を放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器を配置したハイブリッド型放射線イメージ検出器を示す図である。
【図３６】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器を配置したハイブリッド型中性子イメージ検出器を示す図である。
【図３７】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器を配置したハイブリッド型中性子イメージ検出器において、用いる信号読み出し系の一部を共用して用いることを特長とするハイブリッド型中性子イメージ検出器を示す図である。
【図３８】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、多数の中性子シンチレータブロックを用いた中性子イメージ検出器を配置し、さらに中性子シンチレータのブロックの背面にイメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバを配置することを特長としたハイブリッド型２次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図３９】蛍光体シートの上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し同時計数法を適用して、放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得する従来方法の例を示す図である。
【図４０】蛍光体シートの上面と下面に波長シフトファイバの間に金属ワイヤを配置した構成の波長シフトファイバを並べて配置し、放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得する従来方法の例を示す図である。
【図４１】輝尽性蛍光体であるＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+にＧｄ2Ｏ3を混合した材料を用いてＢＡＳ―ＮＤとして市販されている中性子イメージングプレートの例を示す図である。
【図４２】市販されている従来のイメージングプレート読み取り装置の例
【図４３】マルチチャンネル光検出器を光検出器として用いたイメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法の従来例を示す図である。
【図４４】ストリークカメラを光検出器として用いたイメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法の従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（参考技術１）
参考技術１による２次元中性子イメージ検出器について、図１を参照して述べる。本参考技術では中性子検出媒体として、蛍光体ＺｎＳ：Ａｇと中性子コンバータ6ＬｉＦを混合して作製した厚さ０．４ｍｍの中性子イメージングシートを用いる。中性子イメージングシートの上面と下面に、図１に示すようにそれぞれ縦軸と横軸として直角に波長シフトファイバを並列に配置する。ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長は４５０ｎｍであり、蛍光寿命は２００ｎｓである。
【００２３】
波長シフトファイバとしては、４５０ｎｍの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換するＢｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９１Ａを用いる。波長シフトファイバの太さについては、中性子検出媒体の厚さが０．４ｍｍであることからほぼ同じ大きさとすることとし、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバを１本ごとに光検出器に接続する。
【００２４】
光検出器としては、１６チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製Ｈ６５６８を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。なお、蛍光体から放出される蛍光は、光子１個づつを計数する光子計数（フォトンカウンテイング）法を用いて検出する。ただし、光電子増倍管及び増幅器の性能により、１０ｎｓ以下の寿命を持つ蛍光体については、従来の積分時定数が入って計数する蛍光計数になるが、この場合でも光子計数（フォトンカウンテイング）法と同じ性能が得られる。
【００２５】
また、上記では一片の長さが０．５ｍｍの正方形波長シフトファイバを位置分解能に対応して１本を１つの光検出器に接続しているが、図２に示すように２本の一片の長さが０．２５ｍｍの正方形波長シフトファイバをまとめて０．５ｍｍの幅の波長シフトファイバとし、１つの光検出器に接続して使用しても良い。この場合、上面に配置した波長シフト光ファイバの厚さが半分になり、中性子入射面における波長シフトファイバの影響を軽減することができる。
【００２６】
中性子が入射すると、図１に示すように蛍光が全方位にわたって放出される。中性子イメージングシートは透明ではないので放出される蛍光に対して吸収体としても働く。このため、放出された蛍光は、中性子の入射位置と波長シフトファイバとの幾何学条件とその間の距離に対応した蛍光吸収率により依存した数が入射した位置の近辺の各波長シフトファイバに入射する。
【００２７】
１本以上の波長シフトファイバに同時に蛍光が入射すると入射位置の決定は困難であり、従来法で述べた最も蛍光強度が強いものを波高分析して決定する方法が用いられる。この方法では、波高分析と比較に時間がかかりかつ回路が複雑でありコストもかかることになる。
【００２８】
理想的には中性子検出媒体の厚さを波長シフトファイバの大きさより数分の１に小さくすれば蛍光はほとんど最も近いところに配置した波長シフトファイバのみに入るため、１本の波長シフトファイバの信号を用いて位置信号とすることができる。しかし、中性子コンバータである6Ｌｉの中性子捕獲断面積を考慮すると中性子検出媒体の厚さは０．４ｍｍ程度は必要となりこれ以上薄くすることは得策ではない。
【００２９】
逆に、波長シフトファイバの太さを中性子検出媒体の厚さよりも数倍大きくすれば良いがこの場合位置分解能を良くすることはできない。
このため、本参考技術では、各検出場所に対応したデジタルパルス信号とその信号の両隣の２つのデジタルパルス信号とについて、３信号同時計数回路を用いて同時計数測定し、同時計数した場合には真ん中に対応した場所に中性子が入射した位置パルス信号とする。同時計数時間については、蛍光体であるＺｎＳ：Ａｇの蛍光寿命である２００ｎｓを用いることとする。
【００３０】
２０ｍｍｘ２０ｍｍの面積で厚さ０．４ｍｍの中性子検出媒体の上面に配置した５本の波長シフトを用いて、本発明の有効性確認試験を行った。Ａｍ−Ｌｉ中性子線源（７４ＧＢｑ）を用いてこの中性子検出媒体に中性子を照射した。その結果、並んだ３つの波長シフトファイバの同時計数の計数割合を１とした場合、４つの波長シフトファイバの同時計数割合（入射決定位置の隣の位置にも信号が出る割合に対応）は０．２８、５つの波長シフトファイバの同時計数割合（入射決定位置の１つおいた隣の位置にも信号が出る割合に対応）は０．０５となり、本発明により入射位置を決定できることを確認した。
【００３１】
さらに、原子炉から発生する冷中性子を用いて位置分解能確認試験を行った。試験の概要を図３に示す。原子炉から発生した波長５Åの冷中性子ビームは導管を通り中性子コリメータに入る。中性子コリメータは、厚さ０．５ｍｍのＣｄの板であり、直径１ｍｍの穴があいた構造である。コリメートされて出てくる冷中性子ビームの直径は１ｍｍである。この中性子ビームをＸＹ位置設定器のマウント台に取り付けた上記参考技術で述べたイメージ検出部に照射し、位置を変化させてイメージング検出部の１つ中心波長シフトファイバ（３同時計数結果）の計数変化を測定した。横（Ｘ）軸方向の位置を０．２ｍｍ間隔で動かして測定した結果を図４に示す。測定された中性子ビーム幅は１．２ｍｍであり、コリメートされた中性子ビームの幅を測定できることを確認した。試験目的である検出器位置分解は、計数変化の立ち上がりあるいは立ち下がりデータに対応するが、０．５ｍｍが得られた。この値は波長シフトファイバの太さにあたっており、高位置分解能で中性子イメージを検出できることが確認された。また、０．５ｍｍｘ０．５ｍｍピクセルに対する検出効率は、１２．８％であった。
【００３２】
(参考技術２）
参考技術２による２次元中性子イメージ検出器について、図５を参照して述べる。本参考技術の構成は、参考技術１で示した構成と中性子イメージングシートの面に検出媒体の厚さ以下の厚さの透明なシートあるいは板を配置し、そのシートあるいは板の上に波長シフトファイバを並列に配置することが異なる。
【００３３】
本参考技術の場合には、透明シートとしてプラスチックシートを用いることとし、その厚さは、中性子イメージングシートの厚さが０．４ｍｍであることを考慮し０．１ｍｍとする。本構成とすることにより、中性子が波長シフトファイバの直下でかつ非常に中性子イメージングシートの表面に近い場所に入射した場合でも両隣の波長シフトファイバに蛍光が入射することができるようになる。この結果、波長シフトファイバの直下に中性子が入射した場合にも、両隣の波長シフトファイバに蛍光が入射可能となり、３信号同時計数回路を用いて同時計数測定することにより中性子が入射した位置パルス信号と得ることができる。
【００３４】
（参考技術３）
参考技術３による２次元中性子イメージ検出器について、図６を参照して述べる。本参考技術の構成は、参考技術１で示した構成と中性子イメージングシートの面に検出媒体の厚さ以下の厚さの蛍光波長に対して吸収特性を示すシート状減光フィルタを配置し、そのシート状減光フィルタの上に波長シフトファイバを並列に配置することが異なる。本参考技術の場合には、シート状減光フィルタとしてフィルム減光フィルタを用いることとする。透過率としては蛍光体ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長である４５０ｎｍにおいて２５％の性能のものとし、その厚さは中性子イメージングシートの厚さが０．４ｍｍであることを考慮し０．１ｍｍとする。本構成とすることにより、中性子イメージングシート内で中性子により放出された蛍光が波長シフトファイバに入射する量を調整し、３本の波長シフトファイバとそれ以外の波長シフトファイバに入射する蛍光の割合の差を大きくし、同時計数の確率の差を上げることができる。また、中心から離れた波長シフトファイバに蛍光が入射する場合、斜めに入射するため離れるに従い蛍光の透過率が急速に減少することを利用して同時計数の確率の差を上げることができる。このように減光フィルタを用いることにより、中性子入射位置の決定精度を上げることができる。
【００３５】
（参考技術４）
参考技術４による２次元中性子イメージ検出器について、図７を参照して述べる。本参考技術の構成は、参考技術１で述べた中性子イメージングシートと同じものを使用する。中性子イメージングシートの大きさは、１２８ｍｍｘ１２８ｍｍの大きさのものを用いることとする。中性子イメージングシートの上面に２５６本の波長シフトファイバ、下面に２５６本波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とする。波長シフトファイバ束はそれぞれ多チャンネル光電子増倍管に接続され、増幅器及び波高弁別器及び３信号同時計数回路を用いて位置パルス信号を生成する。縦軸及び横軸から発生する位置パルス信号の同時計数測定を行うため、上面と下面に配置された２５６本の波長シフトファイバからの位置パルス信号は、それぞれ８ビット信号変換回路に入力され、それぞれ８ビット出力信号に変換される。この２つの８ビット出力信号は、縦軸と横軸の８ビット信号の同時計数をとることができる8 X 8ビット２次元同時計数システムに入力される。8 X 8ビット２次元同時計数システムとしては、ドイツＦＡＳＴＣＯＭＴＥＣ社製デュアルマルチパラメータシステムＭＰＡ  ３２型などが使用できる。この二次元同時計数システムにより同時計数が行われ
、２５６チャネルｘ２５６チャネルの中性子イメージを得ることができる。
【００３６】
（参考技術５）
参考技術５による２次元中性子イメージ検出器について、図８を参照して述べる。本参考技術では、中性子検出媒体として、蛍光体ＺｎＳ：Ａｇと中性子コンバータ6ＬｉＦを混合して作製した厚さ０．４ｍｍの中性子イメージングシートを用いる。ＺｎＳ：Ａｇ中性子イメージングシートの上面と下面に、図８に示すように、横軸及び縦軸方向に等間隔に位置分解能に相当する開口部の光コリメータを配列したコリメータ板を置く。光コリメータはコリメータ開口部が０．5ｍｍｘ０．5ｍｍ、コリメータ構成材の薄さ０．３ｍｍ、そしてコリメータの厚さ０．３ｍｍと正方形光コリメータとする。構成材はアルミニウムとする。縦軸と横軸に、各開口部に合わせて、それぞれ直角に波長シフトファイバを並列に配置する。ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長は４５０ｎｍであり、蛍光寿命は２００ｎｓである。波長シフトファイバとしては、４５０ｎｍの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換するＢｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９１Ａを用いる。波長シフトファイバの太さについては、光コリメータの開口部に合わせて、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバを１本ごとに光検出器に接続する。光検出器としては、１６チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製Ｈ６５６８を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。
【００３７】
中性子が入射すると蛍光が全方位にわたって放出されるが、光コリメータを用いることにより、放出された蛍光は、中性子の入射位置に近い波長シフトファイバに最も強い強度で入射するため、中性子の入射位置を決定することができる。
【００３８】
（参考技術６）
参考技術６においては、参考技術５で述べた中性子イメージング検出部に上記で述べた参考技術１と全く同じ構成の信号処理回路を用い、３信号同時計数処理を行うことにより、さらに精度良く中性子の入射位置を決定することができる。
【００３９】
（参考技術７）
参考技術７による中性子イメージ検出器について、図９を参照して述べる。本参考技術では中性子検出媒体として、蛍光体ＺｎＳ：Ａｇと中性子コンバータ6ＬｉＦを混合して作製した厚さ０．４ｍｍの中性子イメージングシートを用いる。ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長は４５０ｎｍであり、蛍光寿命は２００ｎｓである。大きさは、横１０ｍｍ、縦１００ｍｍとする。この中性子イメージングシートの上面に１０本の波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを１本ごと交互にそれぞれまとめ、５本の波長シフトファイバから構成される２つの波長シフトファイバブロックを構成する。波長シフトファイバとしては、４５０ｎｍの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換するＢｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９１Ａを用いる。波長シフトファイバの太さについては、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。
【００４０】
配置された２つの波長シフトファイバブロックの一端を光検出器に接続する。光検出器としては、光電子増倍管である浜松ホトニクスＲ６４７Ｐを用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。２つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるＺｎＳ：Ａｇの蛍光寿命である２００ｎｓを用いることとする。
【００４１】
このように２つの光電子増倍管から構成とすることにより、同一の光電子増倍管を用いた時に問題となる光電子増倍管に起因する雑音によるバックグラウンドの低減を行うと同時に、蛍光を検出する場合に光子毎に検出する検出法を適用することにより、ガンマ線が入射した場合には蛍光の強度が弱い、すなわち光子の放出確率が中性子に比較して小さいことを利用して、同時計数法を適用し中性子／ガンマ線（ｎ／γ）比を大きくすることができる。この際、中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に、蛍光波長に対して吸収特性を示す減光フィルタシートを挿入することにより光子に対する波長シフトファイバの検出確率を下げることにより、この比を上げることは参考技術３でも述べているので自明である。
【００４２】
原子炉から発生する冷中性子を用いて中性子に対する検出効率の確認試験を行った。原子炉から発生した波長５Åで直径５ｍｍの冷中性子ビームを上記参考技術の中性子イメージングシートを用いた中性子検出器に照射した。その結果、本検出器は波長５Åの検出器に対して８０％以上の検出効率を有することが確認できた。
【００４３】
また、ガンマ線に対しての検出効率について152Ｅｕの７．４ＭＢｑのガンマ線線源を用いて評価試験を行った。この結果、同時計数法を適用しない場合には、３．２ｘ１０ 3％であったものが２同時計数法を用いた場合７．３ｘ１０ 4％
となり約５分の１減少することが確認できた。従って、後の参考技術８で述べる４同時計数法を用いた場合には、約２桁減少させることが可能と推定できる。
【００４４】
この中性子イメージングシートを用いた中性子検出ブロックを図１０に示すように２個以上並べて用いることにより、中性子の１次元イメージを得ることができる。図１０の例では中性子イメージングシートが平面ではなく、３角形及び逆３角形に互い違いに並べられているが、これは中性子を角度αつけて入射することにより、実質では１／ｓｉｎ（α）だけ厚くすることになり中性子に対する検出効率を上げることとなる。
【００４５】
（参考技術８）
参考技術８による中性子イメージ検出器について、図１１を参照して述べる。本参考技術の中性子イメージングシートについては同じ構成する。構成された２つの波長シフトファイバブロックの両端にそれぞれ光検出器を接続する。光検出器としては、光電子増倍管である浜松ホトニクスＲ６４７Ｐを用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、それそれ波高弁別器に入力する。検出された４つの光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、４つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるＺｎＳ：Ａｇの蛍光寿命である２００ｎｓを用いることとする。本参考技術の場合、４つのデジタルパルス信号を用いた同時計数を行うため、参考技術７の２つのデジタルパルス信号を用いた同時計数を行う場合に比較し、光電子増倍管に起因する雑音によるバックグラウンドの低減と中性子／ガンマ線（ｎ／γ）比をさらに大きくすることができる。
【００４６】
（参考技術９）
参考技術９による２次元中性子イメージ検出器について、図１２を参照して述べる。本参考技術の構成は、上記参考技術７と中性子イメージングシートの厚さを０．４ｍｍから０．６ｍｍに厚くすることを除いて同じ構成とする。構成する際に、中性子イメージングシートの両面に波長シフトファイバブロックを配置し、それぞれの面について上記参考技術７の同じ同時計数測定を行い、両面のどちらか１つあるいは両方から同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるＺｎＳ：Ａｇの蛍光寿命である２００ｎｓを用いることとする。
【００４７】
両面から信号を検出するため、中性子イメージングシートの厚さがその蛍光波長に対する透過率が悪いことに起因して大きくできなかったことを改善すると共に、同じ厚さとしても下面から近い部分に中性子が入射した場合の検出効率を上げることができる。
【００４８】
また、図１３に中性子イメージングシートの両面に波長シフトファイバブロックを配置し、それぞれの面について上記参考技術８と同じく４同時計数測定を行う参考技術を示す。この場合にも、両面のどちらか１つあるいは両方から同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。
【００４９】
（参考技術１０）
参考技術１０による２次元放射線イメージ検出器について、図１４を参照して述べる。本参考技術では、イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出部は、従来技術で述べた実時間計測が可能な高速信号読み出し系と同じ構成とする。
【００５０】
この信号読み出し系は、輝尽性蛍光体を励起可能な波長の光を発生する長方形励起光源、励起光源から出力された励起光をイメージングプレートの信号読み出し位置に長方形状に照射するためのスキャンニング機構、長方形状の励起光、前面及び後面を光の透過できる構造とした輝尽性蛍光体を検出媒体とするイメージングプレート、輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタ、輝尽性蛍光により励起可能な波長シフトファイバ束から構成される。
【００５１】
参考技術では、測定対象の放射線としてＸ線とし、読み取りの対象となるイメージングプレートを市販されている富士写真フィルム製ＢＡＳシリーズのイメージングプレートとする。但し、市販品のイメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+である。この輝尽性蛍光体の励起可能な波長帯は４９０ｎｍから６８０ｎｍ（最大効率の半分の効率以上を示す波長帯）である。また、励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は３９０ｎｍである。他の輝尽性蛍光体としてＳｒＢＰＯ3：Ｅｕ2+、ＲｂＢｒ：Ｔｌ、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ、Ｓｍ等を検出媒体としたイメージングプレートについても条件を変えることにより読み取り対象となりうる。
【００５２】
励起光を作り出す長方形励起光源としてはレーザー光源を用いる。必要な出力は、従来の１画素を読み取る場合に比較して長方形状となることから一度に読み取る画素数に応じて増加する必要がある。短時間での読み出しを考慮した場合、２００画素の場合には数Ｗ程度の出力が必要となる。高出力が容易に得られるこの波長帯のレーザーとしては半導体レーザー（６３５ｎｍ）あるいは、半導体レーザー励起のグリーンレーザー（５３２ｎｍ）等が使用可能である。
【００５３】
励起光の長方形状の大きさは、走査するイメージングプレートの大きさと必要とする位置分解能に大きく依存する。参考技術では、読み取るイメージングプレートの大きさを横１０ｃｍ、縦１０ｃｍとし、位置分解能を０．５ｍｍとする。この場合、必要とする長方形状の励起光の大きさは１０ｃｍｘ０．５ｍｍである。
【００５４】
作製された長方形状の励起光を  ポリゴンミラーにより反射させイメージングプレートの前面から照射する。この時、ポリゴンミラーの回転数を調整し、長方形状の励起光によりイメージングプレートの信号を読み出せるような走査速度で縦方向に移動させてイメージングプレートを走査する。走査速度は、励起光により読み取り対象とする画素から輝尽性蛍光をほぼ読み出すことができる時間に依存する。また、この読み取り時間は画素の大きさ、つまり位置分解能と励起光の強度に依存する。市販のイメージンクプレートの場合、０．５ｍｍｘ０．５ｍｍの画素あたり１２．５ｍＷの励起光を照射した場合、1０μｓ程度の時間読み取りにかかる。このため、一定速度で走査する場合、走査速度は１０ｍ／ｓとなり非常に高速に走査することができる。この場合、イメージングプレートの全面を走査し放射線イメージを検出する時間は4０ｍｓと非常に短時間である。また、輝尽性蛍光体であるＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+の輝尽性蛍光の寿命は０．８μｓと非常に短い。このため、読み取り時間は原理的には１μｓ程度まで短くすることが可能なため、励起光源の出力増強等を行うことにより全面を走査し放射線イメージを検出する時間は本参考技術より一桁以上短くすることも可能である。
【００５５】
イメージングプレートの後面から放出された輝尽性蛍光は、イメージングプレートの後に配置した輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを用いて通過させ励起光の散乱光を除去する。参考技術の場合、輝尽性蛍光の波長は３９０ｎｍであるので、このバンドパス光学フィルタは中心波長が３９０ｎｍであるＢ３９０光学フィルタを使用する。
【００５６】
次に、波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が３９５ｎｍで、蛍光波長の中心波長が４８０ｎｍのバイクロン社製波長シフトファイバＢＣＦ―９２Ｍを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径はイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅とするため０．５ｍｍとし、その長さはイメージングプレートの縦幅が１０ｃｍであること及び光検出器までの距離を考慮して５０ｃｍとする。イメージングプレートの横幅に当たる１０ｃｍの長さの検出領域を確保するため、この波長シフトファイバを２００本束ねて横方向に面状に並べた波長シフトファイバ束とする。この波長シフトファイバを長方形状の励起光に直角に配置して各蛍波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトする。
【００５７】
一方、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光は、本発明のポリゴンミラーと面状のＣＣＤ素子からなるマルチチャンネル光検出器で検出される。
まず、波長シフトされた蛍光は集束用光学系により集束される。スキャンニング機構でイメージングプレートの全面を走査する時間と、ポリゴンミラーの１つの面で集束される蛍光を反射する時間を一致させるように、スキャンニング機構と同期してポリゴンミラーを回転させる。反射された蛍光は、蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、反射された蛍光を等間隔にする等間隔用光学系を通した後、面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子で検出する。等間隔用光学系としては、ｆθレンズなどが使用できる。ＣＣＤ素子の縦軸は、イメージングプレートから放出される長方形状の輝尽性蛍光に対応し横軸は走査する時間軸に対応する。ＣＣＤ素子制御装置で信号処理してデジタル化した後、信号処理装置で放射線イメージとして構成する。
【００５８】
（参考技術１１）
参考技術１１として、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光をポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の２次元イメージを得る２次元放射線イメージ検出器について図１５をもとに説明する。
【００５９】
長方形状の励起光をイメージングプレート上をスキャンニング機構としてポリゴンミラーを使って走査し波長シフトファイバで放出される輝尽性蛍光を検出し波長シフトするまでは、参考技術１１の信号読み出し系と同じ構成のものが使用できる。
【００６０】
本参考技術では、光源用ポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射し走査すると同時に、イメージングプレートの全面を走査する時間と、蛍光用ポリゴンミラーの１つの面で励起光を反射する時間を一致させるように、スキャンニング機構と同期してポリゴンミラーを回転させる。同期する方法としては、メカニカルに２つのポリゴンミラーを結合し同期する方法と、電子的に回転数を合わせ同期を取る方法がある。光源用ポリゴンミラー及び蛍光用ポリゴンミラーの回転数は、イメージングプレート及びＣＣＤ素子をポリゴンミラーのミラー面の数と全面走査する時間に依存し、８面のポリゴンミラーを用い全面走査時間を４ｍｓ及び前後のロスの走査時間を１ｍｓとし総合で１面当たり５ｍｓとした場合、２５回転／秒となる。
【００６１】
反射された蛍光は、蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、反射された蛍光を等間隔にする等間隔用光学系を通した後、面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子で検出する。等間隔用光学系としては、ｆθレンズなどが使用できる。ＣＣＤ素子の縦軸は、イメージングプレートから放出される長方形状の輝尽性蛍光に対応し横軸は走査する時間軸に対応する。ＣＣＤ素子制御装置で信号処理してデジタル化した後、信号処理装置で放射線イメージとして構成する。ここで、ＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子としては４００ｘ４００以上の画素数を持ち高感度型ＣＣＤ素子である浜松ホトニクス製エレクトロンボンバード型ＣＣＤ（ＥＢ―ＣＣＤ）素子あるいは冷却型ＣＣＤ素子などが使用できる。
【００６２】
（参考技術１２）
参考技術１２として、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を光学系を通してから反射する蛍光用ポリゴンミラーと同期する光源用ポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる際、１つの面あるいはそれ以上の面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない面に加工し、励起光の照射間隔をあけてイメージングプレートを用いて放射線の２次元イメージを得る２次元放射線イメージ検出器について図１６を用いて説明する。
【００６３】
上記参考技術１１では、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を光学系を通してから蛍光用ポリゴンミラーで反射し、光学系を通してから、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、波長シフトした蛍光を面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子で検出し、放射線の２次元イメージを得ている。しかし、ＣＣＤ素子に記録された放射線イメージに対応した画像イメージ全体をＣＣＤ素子から信号処理装置に転送する場合、ＣＣＤ素子は光イメージの検出を停止する必要があるため、その間、長方形状の励起光の走査動作およびＣＣＤ素子の検出動作を行わないでおく必要がある。
【００６４】
このため、本参考技術では光源用ポリゴンミラーと蛍光用ポリゴンミラーに１つの面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない黒色の面に加工する。８面の励起光源用ポリゴンミラー及び蛍光用ポリゴンミラーを用い、その回転数として参考技術２と同じ条件で動作させ２５回転／秒の場合、全面走査時間を４ｍｓ及び前後のロスの走査時間を５ｍｓでそれぞれイメージングプレート及びＣＣＤ素子を走査した後、５ｍｓのＣＣＤ素子から信号処理装置までの全画素の転送時間が確保できる。
【００６５】
（参考技術１３）
参考技術１３として、長方形状の励起光に直角に配置したイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さがイメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導き、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトした後、波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから同じ蛍光用ポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、光学系を通した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、２つの面状のＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）素子で検出し、１つのＣＣＤ素子で蛍光を検出している間に、残りのＣＣＤ素子に記録されたイメージをイメージ収録装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返してイメージングプレートを用いて放射線の２次元イメージを連続的に得る２次元放射線イメージ検出器について、図１７をもとに説明する。
【００６６】
上記参考技術１２において説明したように、ＣＣＤ素子に記録された放射線イメージに対応した画像イメージ全体をＣＣＤ素子から信号処理装置に転送する場合、ＣＣＤ素子は光イメージの検出を停止する必要があるため、その間、長方形状の励起光の走査動作およびＣＣＤ素子の検出動作を行わないでおく必要があり、連続した計測ができない。このため、本発明では、励起光によりイメージングプレートから放出される輝尽性蛍光が波長シフトファイバの両端から放出されることに着目し、波長シフトとされた蛍光を交互に検出することにより連続して計測するシステムとする。図１７に示すように、輝尽性蛍光を検出し波長シフトするまでは、参考技術１１の信号読み出し系と同じ構成のものが使用できる。波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光は、それぞれ蛍光の広がりを縮小する集束用光学系を通してから、本参考技術では、図１７に示すように蛍光用ポリゴンミラーの異なった場所で反射させる。反射された蛍光は、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、蛍光用ポリゴンミラーにより走査された蛍光を面状のＣＣＤ素子１で検出し、ＣＣＤ素子１で蛍光を検出している間に、残りのＣＣＤ素子２に記録されたイメージをイメージ収録装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返すことにより連続して計測することが可能となる。
【００６７】
（参考技術１４）
参考技術１４として、本発明による２次元放射線イメージ検出器について、図１８を参照して述べる。本参考技術では、上記参考技術１１の２次元放射線イメージ検出器の構成を用いることとし、ＣＣＤ素子の前にイメージインテンシファイアなどの光増幅素子を配置する。イメージインテンシファイアとして浜松ホトニクス製Ｖ３３４６Ｕを用いる。本イメージインテンシファイアにより光子を約１００倍から３０００倍増やすことができるため、高感度で２次元放射線イメージを得ることができる。
【００６８】
（実施例１）
実施例１として、本発明による２次元放射線イメージ検出器について、図１９、２０、２１及び２２を参照して述べる。本実施例では、検出媒体である輝尽性蛍光体としてＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いたイメージングプレートを用いることとする。本イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す励起光源として、６３５ｎｍの波長の半導体レーザー赤色励起光源と、５３２ｎｍの波長の半導体励起緑色レーザー励起光源を用いる。６３２ｎｍの波長の励起光を最初に照射して記録された放射線の量を読み出し、その後５３２ｎｍの波長の励起光を照射して記録された放射線の量を読み出した場合と、その逆の順序で読み出した場合の蛍光強度の時間分布に関する実験結果を図１９に示す。実験結果により、６３５ｎｍの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後５３２ｎｍの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合、５３２ｎｍの波長の励起光によりイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことができることがわかる。つまり、６３２ｎｍの波長の励起光では、読み出せない記録された情報があることがわかる。一方、逆に５３２ｎｍの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後６３２ｎｍの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合、６３２ｎｍの波長の励起光によりイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことができないことがわかる。
【００６９】
次に、６３２ｎｍの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後５３２ｎｍの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合について、６３５ｎｍの波長の励起光の照射から後５３２ｎｍの波長の励起光の照射までの時間間隔を変えた場合の実験結果を図２０に示す。時間間隔を変えて読み出した場合の、６３５ｎｍの波長の励起光と５３２ｎｍの波長の励起光でイメージングプレートを読み出した場合の両者の場合に放出される輝尽性蛍光の和はほぼ一定であり、赤色光のみで励起した場合の約１．８倍となった。
【００７０】
本実験結果を適用したイメージングプレートを用いて放射線の２次元イメージを得る２次元放射線イメージ検出器の実施例を図２１に示す。
基本となる２次元放射線イメージ検出器の構成については参考技術１１で述べた図１５と同じである。イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いている富士フィルム製ＢＡＳシリーズのイメージングプレートなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構として図２１に示すように、波長６３５ｎｍの赤色長方形励光源と波長５３２ｎｍの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、６３５ｎｍ半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、５３２ｎｍ半導体励起グリーンレーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。本発明を実施するためには図２１の拡大図で示すように赤色光が先にイメージングプレートに照射され、その後、緑色光が照射されるようにミラーに照射するように赤色長方形励光源と緑色長方形励光源の位置などを決定する。赤色光、緑色光の順に励起光が照射されるため、イメージングプレートから放出される輝尽性蛍光の量は、赤色光のみで励起した場合の約１．８倍となり、イメージングプレートの放射線検出感度を上ることができる。
【００７１】
また、本実験結果を適用したもう一つの例としてイメージングプレートを用いて放射線の２次元イメージを得る２次元放射線イメージ検出器の実施例を図２２に示す。基本となる２次元放射線イメージ検出器の構成については上記実施例で述べた図２１と同じである。
【００７２】
イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いている富士フィルム製ＢＡＳ−ＭＰなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構を図に示すように、波長６３５ｎｍの赤色長方形励光源と波長５３２ｎｍの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、６３５ｎｍ半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、５３２ｎｍ半導体グリーン励起レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。赤色長方形励光源と緑色長方形励光源は、赤色・緑色切り替え機構を用いて、最初に赤色長方形励光源を選択し、６３５ｎｍの波長の赤色励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。その後、ミラーの面が切り替わる際に、同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて緑色長方形励光源を選択し、５３２ｎｍの波長の励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。このように、赤色長方形励光源と緑色長方形励光源を切り替えてイメージングプレートに記録された放射線イメージを読み出し、後に赤色励起光と緑色励起光を用いて読み出した放射線イメージを加え合わせることにより、各ピクセルから放出される輝尽性蛍光の量は約１．８倍となり、イメージングプレートの放射線検出感度を上ることができる。また、赤色励起光と緑色励起光の励起光波長が異なっていることを利用した放射線の種類の弁別などにも利用できる。
【００７３】
（実施例２）
実施例２として、本発明による２次元放射線イメージ検出器について、図２３を参照して述べる。基本となる構成については上記実施例１で述べた図２２と同じである。
【００７４】
イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いている富士フィルム製ＢＡＳシリーズイメージングプレートなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構を図２３に示すように、波長６３５ｎｍの赤色長方形励光源と波長５３２ｎｍの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、６３５ｎｍ半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、５３２ｎｍ半導体励起レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。
【００７５】
また、波長シフトファイバを用いた軸については、波長シフトファイバの太さで位置分解能が決定される。このため、プラスチック素材とする波長シフトファイバの太さは強度の問題などのため０．２ｍｍが現在の技術では限界であり、この軸の位置分解能を０．２ｍｍ以下にすることは困難である。しかし、長方形状の励起光で走査する軸については、長方形励起光の太さを細くし、走査に際して少ない時間間隔で各ラインの走査をすればその分解能は、長方形励起光の太ささに依存する。このため、この太さを０．０５ｍｍとてしてこの軸の位置分解能を上げることとする。
【００７６】
赤色長方形励光源と緑色長方形励光源は赤色・緑色切り替え機構を用いて、最初に、赤色長方形励光源を選択し６３５ｎｍの波長の赤色励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。その後、ミラーの面が切り替わる際に同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて９０度回転機構を操作してイメージングプレートを９０度回転する。この時、９０度回転機構による回転操作には時間がかかるため、この間は、赤色長方形励光源と緑色長方形励光源からの励起光が発生しないようにする。９０度回転が終了した後、緑色長方形励光源に切り替え、ミラーの面が切り替わる際に同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて緑色長方形励光源から励起光を発生するようにする。発生した緑色励起光を用いて、イメージングプレートに記録された放射線イメージを読み出す。
【００７７】
前記した長方形状の励起光で走査する軸の位置分解能が長方形励起光の太ささに依存し０．０５ｍｍ程度の位置分解能となることを利用して、赤色励起光と緑色励起光を用いて読み出した放射線イメージを解析・合成することにより、横軸と縦軸方向について位置分解能を上げたイメージングプレートの放射線イメージを取得することができる。
【００７８】
（参考技術１４ａ）
参考技術１４ａに関する２次元放射線イメージ検出器について、図２４及び２５を参照して述べる。
【００７９】
本参考技術１４ａでは、Ｘ線イメージング用に市販されている富士写真フィルム製ＢＡＳシリーズのイメージングプレートを使用する。但し、市販品のイメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+である。励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は３９０ｎｍである。励起光を作り出す機構を図２４に示すように、波長６３５ｎｍの赤色励起光源と波長５３２ｎｍの緑色励起光源を用いる。赤色長方形励光源は、６３５ｎｍ半導体レーザーで構成することができる。緑色長方形励光源は、５３２ｎｍ半導体励起グリーンレーザーで構成することができる。必要な出力は、読み出す速度とシート状の輝尽性蛍光体であるイメージングプレートの読み出し面積に依存する。直径５ｍｍの検出面積の場合、数ｍＷ以上の最大出力が必要である。
【００８０】
シート状の輝尽性蛍光体であるイメージングプレートの後面から放出される輝尽性蛍光はイメージングプレートの後に配置した輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを用いて通過させ、励起光の散乱光を除去する。実施例の場合、輝尽性蛍光の波長は３９０ｎｍであるので、この光学フィルタは中心波長が３９０ｎｍのものが使用できる。
【００８１】
次に、輝尽性蛍光の検出機構について説明する。光検出器としては、輝尽性蛍光の波長である３９０ｎｍの近くで感度の大きい光電子増倍管を使用することができる。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ６４７Ｐなどが使用できる。
【００８２】
光電子増倍管により検出された光信号は、信号処理回路により増幅され信号処理がなされる。実施例として、光信号処理方法としては計数方式を用いる。この場合、信号処理としては、光信号を信号増幅した後、波高弁別器で雑音との弁別を行いパルス信号として取り出す。また、この光信号処理方法の他にも従来よりイメージングプレートの画像イメージの読み取りに使用されている輝尽性蛍光の信号列を積分回路で積分し放射線量を読みとる方法も使用することが可能である。
【００８３】
信号処理回路により処理され出力されるパルス信号はモード切替回路に入力する。この回路では制御回路からのモード切替信号を用いて、パルス信号を赤色励起モードの場合は赤色励起モード収集回路に、緑色励起モードの場合は緑色励起モード収集回路に振り分ける。本実施例の場合、２つのデータ収集回路は計数回路から構成される。
【００８４】
赤色励起モードと緑色励起モードのモード切替は、制御回路により行い、図２５に示すタイミングによって切り換える。つまり、赤色励起モードを５回繰り返して測定した後、その間蓄積された緑色励起で読み出し可能な放射線量を５３２ｎｍの波長の緑色励起光源を用い読み出す。このようにすることにより、時間とともに変化する放射線の量は赤色モードで検出し、その間積算された放射線量を緑色モードで検出することにより、放射線量の時間分布を監視しながら、それまでにその間蓄積された放射能量を感度良く、かつ確実に取得することができる。
【００８５】
また、赤色励起モードと緑色励起モードの両方が使用できるため、非常に高強度の放射線が入射し赤色モードで輝尽性蛍光を検出した際、蛍光強度が強く検出回路が飽和し、正確な入射放射線量が測定できなかった場合でも、緑色励起光の励起光強度を非常に弱くして緑色励起モードで蓄積された放射線量を正確に計測することが可能である。
【００８６】
（実施例３）
実施例３として、本発明による２次元中性子イメージ検出器について説明する。実施例３の２次元中性子イメージ検出器は、図１９から図２３に示した実施例１から２のいずれかの２次元放射線イメージ検出器において、放射線検出媒体であったイメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とＧｄを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレート（図２６参照）を用いることにより構成される。中性子用イメージングプレートとしては、富士写真フィルムから市販されているＢＡＳ  ＮＤシリーズを用いることができる。ただし、中性子イメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このようにすることにより中性子イメージを照射しながら連続して測定することが可能となる。
【００８７】
（参考技術１５）
参考技術１５として、本発明による２次元中性子イメージ検出器について図２７を参照して述べる。本参考技術では、図２７に示すように、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を構成する元素として10Ｂ元素を含んだ輝尽性蛍光体ＳｒＢＰＯ5：Ｅｕ2+とＧｄを含む中性子コンバータとしてＧｄ2Ｏ3を混合し一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いる。
【００８８】
Ｇｄの中性子による中性子捕獲断面積は、熱中性子領域を越えると急速に小さくなる。一方10Ｂは中性子の速度に対して速度分の１に比例して減少する。このため、熱中性子領域を越えると10Ｂの方がＧｄによりも中性子捕獲断面積は大きくなる。従って、本参考技術のように、Ｇｄと10Ｂを組み合わせて使うことにより、熱中性子領域より低エネルギー側をＧｄで中性子コンバートし、それ以上のエネルギーを10Ｂで中性子コンバートすることにより、核破砕パルス中性子源などから発生する冷中性子から熱外中性子領域までの幅広いエネルギーを持った中性子を中性子用イメージングプレートにより計測が可能となる。
【００８９】
（参考技術１６）
参考技術１６として、本発明による２次元放射線イメージ検出器について、図２８及び２９を参照して述べる。本参考技術として、図２８に示す中性子用イメージングプレートを用いる。
【００９０】
本参考技術の中性子用イメージングプレートは、励起光を透過する透明なシート、輝尽性蛍光と中性子コンバータを混合した中性子検出媒体及び輝尽性蛍光の波長を中心波長とする板あるいはシート状のバンドパス光学フィルタから構成される。
【００９１】
輝尽性蛍光体として10Ｂ元素を含んだ輝尽性蛍光体ＳｒＢＰＯ5：Ｅｕ2+を用い、Ｇｄを含む材料を中性子コンバータとしてＧｄ2Ｏ3を用い、これらを混合して透明シートに一様な厚さで塗布する。透明シートとしては厚さ０．１ｍｍのプラスチックシートを用いる厚さは約２００μｍとする。シート状のバンドパス光学フィルタとしては、輝尽性蛍光の波長を中心波長とするフィルム状のバンドパス光学フィルタを用いる。バンドパス光学フィルタとしては米国ＲＯＳＣＯ社製ＲＯＳＣＯＬＵＸ  ８０が使用できる。図２９に示すようにＲＯＳＣＯＬＵＸ  ８０は、輝尽性蛍光の波長２００ｎｍを通し励起光の波長６７０を通さないバンドパス光学フィルタである。フィルムの厚さは０．０５ｍｍである。
【００９２】
このようにすることにより、参考技術１０から１４ａ及び実施例１から３で述べたようなイメージングプレートをイメージングプレートの後面から輝尽性蛍光を読み出し放射線あるいは中性子イメージを得る場合に、波長シフトファイバとの間隔をあけることにより生ずる位置分解能の劣化を防ぐことができる。
【００９３】
（参考技術１７）
参考技術１７として、本発明による２次元放射線イメージ検出器について、図３０及び３１を参照して述べる。本参考技術では、中性子コンバータとしてＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）を用い、蛍光体としては輝尽性蛍光体であるＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を用いて混合して基板に一様に塗布して作製した中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした２次元中性子イメージ検出器について示す。
【００９４】
図３０に作製した中性子用イメージングプレートを示す。中性子コンバータとしてはＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）を用いることとし、粒径を２μｍ以下に粉砕する。あるいは、ＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）が水溶液に溶解し、かつ温度により溶解度に差があることを利用して水溶液に溶解させて温度を下げることにより粒径の小さいＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）を作製することができる。
【００９５】
なお、バルクのＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）の透過率特性を図３１に示す。従来から中性子用イメージングプレートなどに用いられてきたＬｉＦと比較すると必要とする３９０ｎｍ及び６３５ｎｍ近辺については全く同等の特性を示すことがわかる。また、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+についても粒径を５μｍ以下とする。比率としては重量比でＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）を５０％、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+を５０％とする。厚さは１５０μｍとする。このような中性子用イメージングプレートを作製することにより、核破砕パルス中性子源などから発生する冷中性子から熱外中性子領域までの幅広いエネルギーを持った中性子を中性子用イメージングプレートにより計測が可能となる。
【００９６】
（参考技術１８）
参考技術１８として、本発明による２次元放射線イメージ検出器について、図３２を参照して述べる。本参考技術では、参考技術１７で述べたＬｉＢ3Ｏ5あるいはＬｉＢ4Ｏ7（ＬＢＯ）の構成材料であるボロン（Ｂ）として、10Ｂの含有量を多くした材料を用いることを特長としている。10Ｂの含有量としては、９５％程度のものが製造可能である。自然に存在する10Ｂの含有量は２０％であるので約５倍中性子捕獲断面積が増加する。このため、参考技術１７の場合に比較して中性子検出媒体の厚さを減少させることが可能であり、かつ中性子に対して検出効率を上げることができる。また、ガンマ線に対する検出感度が相対的に高くなるため、バックグラウンドの指標となる中性子／ガンマ線比を上げることができる。
【００９７】
（参考技術１９）
参考技術１９として、図３３及び図３４を用いて説明する。本参考技術では、Ｌｉ10Ｂ4Ｏ7（ＬＢＯ）の構成材料であるリチウム（Ｌｉ）として、6Ｌｉの含有量を多くした材料を用いた中性子検出媒体を用いた中性子用イメージングプレートについて述べる。6Ｌｉの含有量を多くした場合、6Ｌｉの中性子に対する捕獲断面積の分だけ中性子に対する検出感度が増加する。6Ｌｉの含有量が９５％のものは容易に製作が可能であるので、これを用いた6Ｌｉ10Ｂ4Ｏ7（6ＬＢＯ）を用いる。その他の作製方法については、参考技術１８と同じである。
【００９８】
一方、7Ｌｉの含有量を９５％まで多くした材料を用いた場合、自然に存在する6Ｌｉの含有量７．５％の分だけ中性子に対する検出感度は減少するしかし、6Ｌｉの中性子捕獲反応により生成する電離放射線のエネルギーと10Ｂの中性子捕獲反応により生成する電離放射線のエネルギーが異なり輝尽性蛍光体に与える効果が異なるため、中性子の入射量が小さいばあいには量子効率が平均化されない。従って、本参考技術のように7Ｌｉ10Ｂ4Ｏ7（7Ｌ10ＢＯ）を用いることにより、中性イメージングプレート内で6Ｌｉと中性子捕獲反応するのか10Ｂで中性子捕獲反応するのかで蛍光量が異なるという問題を回避することができる。
【００９９】
（参考技術２０）
参考技術２０による２次元放射線イメージ検出器について、図３５を参照して述べる。本参考技術では、放射線イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器と、シンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器から構成され、放射線入射方向に対して最初にイメージングプレート、その後部に放射線イメージ検出器の順で配置することを特長としたハイブリッド型２次元放射線イメージ検出器について述べる。
【０１００】
電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器については、参考技術１１と同じ構成を用いる。放射線イメージ検出器の放射線検出媒体としては、Ｌｉガラスシンチレータを用いる。検出面積は、参考技術１１で述べたイメージングプレートの大きさに合わせて１０ｃｍｘ１０ｃｍとする。ＬｉガラスシンチレータとしてはＢｉｃｒｏｎ社製ＧＳ１を用いることができる。ブロックの大きさは、５ｍｍｘ５ｍｍとし、その厚さは測定対象の放射線を４０ｋｅＶのＸ線とし２ｍｍとする。Ｌｉガラスシンチレータの蛍光寿命は６０ｎｓであり蛍光波長は３９０ｎｍである。
【０１０１】
従って、Ｌｉガラスシンチレータの上面と下面に配置する波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が３９５ｎｍで、蛍光波長の中心波長が４８０ｎｍのバイクロン社製波長シフトファイバＢＣＦ―９２Ｍを用いることができる。波長シフトファイバの直径は上記のイメージングプレートの信号読み出し系と同じく０．５ｍｍとし、長さは５０ｃｍとする。この波長シフトファイバを面状にした波長シフトファイバ束を上面と下面で直角方向に配置する。上面の面状波長シフトファイバ束を縦軸、下面の面状波長シフトファイバ束を横軸とする。縦軸の面状波長シフトファイバ束の波長シフトファイバの位置は、イメージングプレートの信号読み出し系で用いる波長シフトファイバの位置と一致させる。これにより、両者の放射線イメージを一致させることが可能となる。これらの縦軸と横軸の波長シフトファイバはそれぞれマルチチャンネル光検出器に接続され、光電気信号として取り出される。この光電気信号は増幅器で増幅された後、波高弁別器を用いてタイミング信号となる。縦軸と横軸が交差した所が放射線入射部分であるため、マルチチャンネルの同時計数回路を用いて放射線入射位置を特定し放射線イメージを取得することができる。両者で発生する蛍光の影響を除くため、両方のイメージ検出器の間には遮光材として黒色シートを挿入する。
【０１０２】
大強度の放射線が入射した場合でも、積分型検出器であるイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器で最初に検出することにより、非常に高計数率のＸ線が入射しても、問題なく放射線イメージを得ることができる。この際、イメージングプレートの厚さを調整し、２０−３０％のＸ線が通過するようにする。その後に、イメージングプレートで減衰し通過してくる放射線をシンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器により検出する。
【０１０３】
このような構成でハイブリッド型放射線イメージ検出器を構築することにより、放射線イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【０１０４】
（参考技術２１）
参考技術２１として、本発明による２次元中性子イメージ検出器について、図３６を参照して述べる。本参考技術として、中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とＧｄを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器と、蛍光体と6Ｌｉを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体を用いた中性子イメージングプレート検出器とから構成され、中性子入射方向に対して最初に中性子イメージングプレート検出器、その後部に中性子イメージ検出器を配置することを特長としたハイブリッド型２次元中性子イメージ検出器について述べる。
【０１０５】
輝尽性蛍光体とＧｄを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器については参考技術１１と同じ構成を用いる。
【０１０６】
蛍光体と6Ｌｉを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体を用いた中性子イメージ検出器については、参考技術１と同じ構成を用いる。両者で発生する蛍光の影響を除くため、両方のイメージ検出器の間には遮光材として黒色シートを挿入する。
【０１０７】
大強度のパルス中性子が入射した場合でも、積分型検出器である中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器で最初に検出することにより、非常に高計数率のパルス中性子が入射しても、問題なく中性子イメージを得ることができる。この際、中性子用イメージングプレートの厚さを調整し、２０−３０％の中性子が通過するようにする。その後に、中性子用イメージングプレートで減衰し通過してくる中性子を、蛍光体と6Ｌｉを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器により検出する。
【０１０８】
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【０１０９】
（参考技術２２）
参考技術２２による２次元中性子イメージ検出器について、図３７を参照して述べる。本参考技術として、上記参考技術２１において、中性子用イメージングプレートに記録された中性子の量を読み出す信号読み出し系と中性子イメージング検出器において、用いる信号読み出し系が一部が中性子用イメージングプレートと中性子イメージ検出器で共用していることを特長とするハイブリッド型中性子イメージ検出器について述べる。
【０１１０】
最初に、長方形状励起光をポリゴンミラーにより中性子用イメージングプレートの前面に照射することにより、中性子用イメージングプレートの後面から長方形状に放出される輝尽性蛍光を、輝尽性蛍光により励起可能な波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を長方形状の励起光に直角に配置して検出する。中性子用イメージングプレートとしては、富士写真フィルムのＢＡＳ  ＮＤ中性子イメージングプレートを使用する。本中性子イメージングプレートの輝尽性蛍光体はＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+であるため、輝尽性蛍光の波長は３９０ｎｍである。このため、波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が３９５ｎｍで、蛍光波長の中心波長が４８０ｎｍのバイクロン社製波長シフトファイバＢＣＦ―９２Ｍを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径はイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅とするため０．５ｍｍとし、その長さはイメージングプレートの縦幅が１０ｃｍであること及び光検出器までの距離を考慮して５０ｃｍとする。イメージングプレートの横幅に当たる１０ｃｍの長さの検出領域を確保するため、この波長シフトファイバを２００本束ねて横方向に面状に並べた波長シフトファイバ束とする。この波長シフトファイバを長方形状の励起光に直角に配置して各蛍波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を検出する。
【０１１１】
一方、この波長シフトファイバ束は、図３７に示すように中性子用中性子イメージ検出器の横軸用の蛍光検出にも使用される。そして、波長シフトファイバ束の後に中性子用中性子イメージ検出器の中性子検出媒体である蛍光体と中性子コンバータから構成される中性子イメージングシートが配置される。蛍光体としては、中性子イメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体の輝尽性蛍光波長に近く波長シフトファイバとしては、励起波長帯に入る必要があるので、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅを用いる。Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅの蛍光波長は４２０ｎｍであり、バイクロン社製波長シフトファイバＢＣＦ―９２Ｍと一致する。中性子コンバータとしては、参考技術１８で述べたＬｉ10Ｂ4Ｏ7（Ｌ10ＢＯ）の粉末を用いる。中性子イメージングシートの厚さは２００μｍとする。この中性子イメージングシートの後に、縦軸用の波長シフトファイバ束が配置される。
【０１１２】
本参考技術の場合、中性子用イメージングプレートを読み取り中には、中性子イメージ検出器は読み取りができないので、それぞれのモードを切り替えて用いることとなる。
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【０１１３】
（参考技術２３）
参考技術２３による２次元中性子イメージ検出器について、図３８を参照して述べる。本参考技術として、中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とＧｄを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体の背面に6Ｌｉを含んだ複数の中性子シンチレータのブロックとを組み合わせた中性子イメージ検出器を配置し、その背面に中性子用イメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバ束を配置することを特長としたハイブリッド型２次元中性子イメージ検出器について述べる。
【０１１４】
中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とＧｄを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体としては、富士写真フィルム製中性子イメージングプレートＢＡＳ  ＮＤが使用できる。但し、市販品の中性子イメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+である。励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は３９０ｎｍである。また、励起可能な波長帯は４９０ｎｍから６８０ｎｍ（最大効率の半分の効率以上を示す波長帯）である。
【０１１５】
6Ｌｉを含んだ複数の中性子シンチレータブロックとしては、6Ｌｉガラスシンチレータを用いる。6ＬｉガラスシンチレータとしてはＢｉｃｒｏｎ社製ＧＳ２０を用いることができる。ブロックの大きさは、５ｍｍｘ５ｍｍで厚さ２ｍｍとする。Ｌｉガラスシンチレータの蛍光寿命は６０ｎｓであり蛍光波長は３９０ｎｍである。
【０１１６】
中性子用イメージングプレートとＬｉガラスシンチレータの蛍光波長は同じ３９０ｎｍであるため、縦軸用波長シフトファイバ、横軸用波長シフトファイバ及び中性子用イメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバは、従って、励起波長の中心が３９５ｎｍで、蛍光波長の中心波長が４８０ｎｍのバイクロン社製波長シフトファイバＢＣＦ―９２Ｍを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径は０．５ｍｍとし、その長さは光検出器までの距離を考慮して５０ｃｍとする。
【０１１７】
中性子が本発明のイメージ検出器に入射すると、まず、中性子用イメージングプレートで捕獲され、即発の蛍光を発生する。この蛍光を中性子シンチレータブロックを介して、２次元中性子イメージングが行われる。中性子用イメージングプレートで捕獲されず透過してくる中性子は中性子用イメージングプレートの背面に置かれた6Ｌｉガラスシンチレータに捕獲され蛍光が発生し、２次元中性子イメージングが行われる。この間に中性子の入射により中性子用イメージングプレート内に蓄積された中性子イメージは、長方形励起光レーザーとポリゴンミラーにより励起光を照射し、放出される輝尽性蛍光を、中性子シンチレータブロックの背面に配置された波長ファイバ束を用いて読み出すことにより得ることができる。
【０１１８】
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。また、積分検出器である中性子イメージングプレート検出器と中性子シンチレータブロックを用いた中性子イメージ検出器とを使い分けて読み出すことにより、高機能な中性子イメージングが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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